Кпд электродвигателя формула: Формула КПД электродвигателя

Содержание

КПД электродвигателя

В электродвигателе при преобразовании электрической энергии в механическую часть энергии теряется в виде тепла, которое сразу рассеивается в различных частях электродвигателя и частично – в окружающей среде. Все потери делятся на три вида: механические, обмоточные и потери в стали. Существуют еще и добавочные потери.

Расчет потерь в электродвигателе

  • Для расчета потерь в электродвигателе используют специальные формулы. Часть мощности, которая подается к статору из электросети, передается на ротор через зазор. Рэм – это электромагнитная мощность.
  • Потери мощности непосредственно в статоре – это слагаемое потерь на вихревые токи и на частичное перемагничивание сердечника самого статора. Если рассматривать потери в стали, они настолько незначительные, что редко принимаются во внимание. Объяснить такое можно достаточно просто. Скорость вращения самого статора электродвигателя значительно выше скорости, создаваемой магнитным потоком. Так происходит только в том случае, если скорость вращения ротора полностью соответствует техническим характеристикам электромотора, заявленным производителем.
  • Механическая мощность на валу ротора, как правило, меньше мощности Рэм ровно на количество потерь в обмотке. Механические потери в основном приходятся на определенное трение в подшипниках, а также на трение щеток, что характерно для электродвигателей с фазными роторами и на трение вращающихся частей, встречающих воздушную преграду.
  • Добавочные потери в асинхронных электродвигателях обусловлены наличием зубчатости статора и ротора, вихревых потоков в разных узлах электродвигателя и иными потерями. При расчете такие потери уменьшают КПД электродвигателя на половину процента от номинальной мощности.

КПД электродвигателя в расчетах

Коэффициент полезного действия (КПД) асинхронного электродвигателя уменьшается на суммарность потерь мощности, которые рассчитываются по формуле. Общая же сумма потерь напрямую зависит от нагрузки электродвигателя. Чем выше нагрузка, тем больше потерь и меньше КПД.

Конструирование асинхронного электродвигателя производится с учетом всех потерь при максимальной нагрузке. Поэтому данный диапазон может быть достаточно широким. Большинство асинхронных электродвигателей имеет коэффициент полезного действия 80-90%. Мощные электродвигатели выпускаются с КПД от 90 до 96%.

Просмотров: 16165

Дата: Воскресенье, 15 Декабрь 2013

Энергетические соотношения и КПД машин постоянного тока

Мощность и потери. Характер подводимой к машине мощности зависит от ее режима работы: у генераторов это механическая мощность P1 = k1Mn, у двигателей – электрическая мощность P1 =UI. Характер снимаемой с машины полезной мощности – противоположный: у генератора это электрическая мощность P2 = UI

, у двигателя – механическая P2=k2Mn. В машине всегда есть мощность потерь ∆Р, которая складывается из мощности электрических потерь (потери в меди) ∆Рэл = RI2, идущих на нагрев обмоток, мощности магнитных потерь (потери в стали) ∆Рмаг, мощности механических потерь (потери на трение) ∆Рмех и мощности добавочных потерь  ∆Рдоб ≈ 0,01 Рном, где Рном – номинальная мощность. Таким образом, ∆Р = ∆Рмех + ∆Рмаг + ∆Рэл +∆Рдоб и  Р1 = Р2 + ∆Р.

КПД машины. КПД машины можно рассчитать по формуле η = P 2 / P1. При экспериментальном определении КПД проще и, главное, точнее измерять не механическую мощность, а электрическую, и рассчитывать потери. Поэтому для определения КПД генератора пользуются формулой

η = P2 / (P2 + ∆Р)

и КПД двигателя

η = (P1 —  ∆Р) / Р1.

КПД машин постоянного тока растет с увеличением мощности машин. Так, у микромашин мощностью до 0,1 кВт он составляет всего 30 – 40 %, у машин мощностью 10 кВт – 83 % и у машин 1000 кВт  —  96 %.

КПД меняется также в зависимости от нагрузки (рис. 1.15). Из графика следует, что при малых нагрузках КПД резко падает, поэтому недогруженную машину невыгодно эксплуатировать.

Как рассчитать потребляемую мощность двигателя

В этой статье мы разберем, что такое мощность трехфазного асинхронного двигателя и как ее рассчитать.

Понятие мощности электродвигателя

Мощность – пожалуй, самый важный параметр при выборе электродвигателя. Традиционно она указывается в киловаттах (кВт), у импортных моделей – в киловаттах и лошадиных силах (л.с., HP, Horse Power). Для справки: 1 л.с. приблизительно равна 0,75 кВт.

На шильдике двигателя указана номинальная полезная (отдаваемая механическая) мощность. Это та мощность, которую двигатель может отдавать механической нагрузке с заявленными параметрами без перегрева. В формулах номинальная механическая мощность обозначается через Р2.

Электрическая (потребляемая) мощность двигателя Р1 всегда больше отдаваемой Р2, поскольку в любом устройстве преобразования энергии существуют потери. Основные потери в электродвигателе – механические, обусловленные трением. Как известно из курса физики, потери в любом устройстве определяются через КПД (ƞ), который всегда менее 100%. В данном случае справедлива формула:

Р2 = Р1 · ƞ

КПД в двигателях зависит от номинальной мощности – у маломощных моделей он может быть менее 0,75, у мощных превышает 0,95. Приведенная формула справедлива для активной потребляемой мощности. Но, поскольку электродвигатель является активно-реактивной нагрузкой, для расчета

полной потребляемой мощности S (с учетом реактивной составляющей) нужно учитывать реактивные потери. Реактивная составляющая выражается через коэффициент мощности (cosϕ). С её учетом формула номинальной мощности двигателя выглядит так:

Р2 = Р1 · ƞ = S · ƞ · cosϕ

Мощность и нагрев двигателя

Номинальная мощность обычно указывается для температуры окружающей среды 40°С и ограничена предельной температурой нагрева. Поскольку самым слабым местом в двигателе с точки зрения перегрева является изоляция, мощность ограничивается классом изоляции обмотки статора. Например, для наиболее распространенного класса изоляции F допустимый нагрев составляет 155°С при температуре окружающей среды 40°С.

В документации на электродвигатели приводятся данные, из которых видно, что номинальная мощность двигателя падает при повышении температуры окружающей среды. С другой стороны, при должном охлаждении двигатели могут длительное время работать на мощности выше номинала.

Мы рассмотрели потребляемую и отдаваемую мощности, но следует сказать, что реальная рабочая потребляемая мощность P (мощность на валу двигателя в данный момент) всегда должна быть меньше номинальной:

Р 2 1

Это необходимо для предотвращения перегрева двигателя и наличия запаса по перегрузке. Кратковременные перегрузки допустимы, но они ограничены прежде всего нагревом двигателя. Защиту двигателя по перегрузке также желательно устанавливать не по номинальному току (который прямо пропорционален мощности), а исходя из реального рабочего тока.

Современные производители в основном выпускают двигатели из ряда номиналов: 1,5, 2,2, 5,5, 7,5, 11, 15, 18,5, 22 кВт и т.д.

Расчет мощности двигателя на основе измерений

На практике мощность двигателя можно рассчитать, прежде всего, исходя из рабочего тока. Ток измеряется токовыми клещами в максимальном рабочем режиме, когда рабочая мощность приближается к номинальной. При этом температура корпуса двигателя может превышать 100 °С, в зависимости от класса нагревостойкости изоляции.

Измеренный ток подставляем в формулу для расчета реальной механической мощности на валу:

Р = 1,73 · U · I · cosϕ · ƞ, где

  • U – напряжение питания (380 или 220 В, в зависимости от схемы подключения – «звезда» или «треугольник»),
  • I – измеренный ток,
  • cosϕ и ƞ – коэффициент мощности и КПД, значения которых можно принять равными 0,8 для маломощных двигателей (менее 5,5 кВт) или 0,9 для двигателей мощностью более 15 кВт.

Если нужно найти номинальную мощность двигателя, то полученный результат округляем в бОльшую сторону до ближайшего значения из ряда номиналов.

Р2 > Р

Если необходимо рассчитать потребляемую активную мощность, используем следующую формулу:

Р1 = 1,73 · U · I · ƞ

Именно активную мощность измеряют счетчики электроэнергии. В промышленности для измерения реактивной (и полной мощности S) применяют дополнительное оборудование. При данном способе можно не использовать приведенную формулу, а поступить проще – если двигатель подключен в «звезду», измеренное значение тока умножаем на 2 и получаем приблизительную мощность в кВт.

Расчет мощности при помощи счетчика электроэнергии

Этот способ прост и не требует дополнительных инструментов и знаний. Достаточно подключить двигатель через счетчик (трехфазный узел учета) и узнать разницу показаний за строго определенное время. Например, при работе двигателя в течении часа разница показаний счетчика будет численно равна активной мощности двигателя (Р1). Но чтобы получить номинальную мощность Р2, нужно воспользоваться приведенной выше формулой.

Другие полезные материалы:
Степени защиты IP
Трехфазный двигатель в однофазной сети
Типичные неисправности электродвигателей

Новый подход к выполнению проверок электродвигателей с Fluke 438-II соответствует реальным условиям работы

Электродвигатели являются важнейшим элементом многих промышленных процессов, они потребляют до 70 % от общего количества энергии на промышленном предприятии и до 46 % от общего количества производимого электричества в мире. Учитывая то, насколько большую роль электродвигатели играют в промышленных процессах, стоимость простоев, связанных с их неисправностью, может измеряться десятками тысяч долларов в час. Обеспечение эффективной и надежной работы электродвигателей — это одна из наиболее важных задач, которую ежедневно решают технические специалисты и инженеры по обслуживанию.

Эффективное использование электричества — это не просто «полезно». Во многих ситуациях от энергоэффективности зависит, прибыльной или убыточной является компания. Поскольку электродвигатели потребляют на промышленных объектах такое значительное количество энергии, эффективность их использования стала основным фактором, от которого зависит экономия и поддержание рентабельности. Кроме того, желание обеспечить экономию посредством увеличения эффективности и снизить зависимость от природных ресурсов стимулирует многие компании применять такие промышленные стандарты, как ISO 50001. Стандарт ISO 50001 устанавливает основные положения и требования для организации, внедрения и поддержания системы управления энергопотреблением, призванной обеспечить постоянную экономию.

Традиционные методы проверки электродвигателей

Традиционный метод измерения производительности и КПД электродвигателей хорошо проработан, но его внедрение может быть связано с большими расходами, а реализация в рамках технологических процессов трудноосуществима. Для проверки производительности электродвигателя часто требуется полное отключение системы, что может привести к дорогостоящему простою. Чтобы измерить КПД электродвигателя, необходимо определить входную электрическую и выходную механическую мощности в широком динамическом диапазоне рабочих параметров. При измерении производительности электродвигателя традиционным методом техническим специалистам вначале необходимо установить электродвигатель на испытательный стенд. Испытательный стенд представляет собой проверяемый электродвигатель, закрепленный на генераторе или на динамометре. Затем вал тестируемого электродвигателя соединяется с нагрузкой. На валу закреплен датчик скорости (тахометр), а также комплект датчиков крутящего момента, на основании показаний которых выполняется расчет механической мощности. Система предоставляет различные параметры, в том числе скорость, крутящий момент и механическую мощность. Некоторые системы также позволяют измерить электрическую мощность и затем рассчитать КПД.

КПД вычисляется по формуле:

η (КПД) = Механическая мощность / Электрическая мощность

Во время проверки изменяются параметры нагрузки, что позволяет определять КПД для различных режимов работы.

Система испытательного стенда может показаться достаточно простой, однако с ее использованием связано несколько характерных недостатков:

  1. Электродвигатель необходимо демонтировать с места установки.
  2. Значения нагрузки электродвигателя не являются по-настоящему репрезентативными, поскольку не характеризуют параметры электродвигателя при эксплуатации.
  3. Во время проведения проверки необходимо приостановить работу, что создает простой, либо взамен тестируемого необходимо временно установить другой электродвигатель.
  4. Датчики крутящего момента отличаются высокой стоимостью и ограниченным рабочим диапазоном, поэтому для проверки различных электродвигателей может потребоваться несколько датчиков.
  5. Испытательный стенд для тестирования широкого диапазона электродвигателей имеет высокую стоимость. Такие испытательные стенды обычно используются специалистами по ремонту электродвигателей или исследовательскими организациями.
  6. Не учитываются «реальные» рабочие условия.

Параметры электродвигателей

Электродвигатели могут предназначаться для различных областей применения и нагрузок, поэтому характеристики каждого электродвигателя отличаются. Классификация характеристик осуществляется в соответствии со стандартами NEMA (Национальной ассоциации производителей электрооборудования) или IEC (Международной электротехнической комиссии). От этих характеристик напрямую зависят работа и КПД электродвигателя. На каждом электродвигателе закреплена паспортная табличка, на которой указаны основные рабочие параметры и информация о КПД электродвигателя в соответствии с рекомендациями NEMA или IEC. Указанные на паспортной табличке данные можно сравнивать с реальными характеристиками режима эксплуатации. Например, сравнивая эти значения, можно узнать, что электродвигатель превышает ожидаемые характеристики по скорости или крутящему моменту, что может привести к сокращению срока службы электродвигателя или к преждевременному выходу из строя. Снижение эксплуатационных характеристик электродвигателя могут также вызвать асимметрия напряжения или тока, а также гармоники, связанные с плохим качеством электроэнергии. При существовании какого-либо из этих условий необходимо «понизить номинальные параметры» электродвигателя, то есть облегчить режим его работы, что может привести к нарушению технологических процессов при недостаточной механической мощности. Понижение номинальных параметров рассчитывается по стандарту NEMA в соответствии с данными, указанными для данного типа электродвигателя. Стандарты NEMA и IEC несколько отличаются друг от друга, но в целом они придерживаются одинаковых положений.

Фактические условия эксплуатации

Тестируемые на стенде электродвигатели обычно работают в наиболее комфортных условиях. Во время реальной работы эти комфортные условия, как правило, обеспечить не удается. Непостоянство рабочих условий приводит к снижению производительности электродвигателя. Например, на промышленном предприятии могут быть нагрузки, оказывающие непосредственное влияние на качество электроэнергии и вызывающие асимметрию в системе или способные привести к появлению гармоник. Каждое из этих условий может серьезно повлиять на производительность электродвигателя. Кроме того, нагрузка, приводимая в движение электродвигателем, может быть неоптимальной или может не соответствовать изначальному предназначению электродвигателя. Нагрузка может быть слишком большой для данного электродвигателя, или возможна перегрузка вследствие плохого управления технологическими процессами или чрезмерного трения, вызванного наличием какого-либо постороннего предмета, блокирующего работу насоса или рабочего колеса вентилятора. Обнаружение этих аномалий может быть затруднено и потребовать много времени, вследствие чего эффективный поиск неисправностей становится проблематичным.

Новый подход

Анализатор качества электроэнергии и параметров электродвигателя Fluke 438-II обеспечивает модернизированный и экономичный способ проверки КПД электродвигателя, при этом нет необходимости в установке внешних механических датчиков и отсутствуют дорогостоящие простои. Прибор Fluke 438-II, созданный на основе анализаторов качества электроэнергии Fluke серии 430-II, оснащен полным набором функций для измерения параметров качества электроэнергии, а также механических параметров при прямом пуске электродвигателей от сети. 438-II на основе данных паспортной таблички электродвигателя (NEMA или IEC) и измеренных параметров трехфазного электропитания рассчитывает в реальном времени параметры электродвигателя, включая скорость, крутящий момент, механическую мощность и КПД, при этом использование дополнительных датчиков крутящего момента и скорости не требуется. Кроме того, 438-II непосредственно вычисляет коэффициент снижения мощности электродвигателя в режиме работы. Для выполнения этих измерений технический специалист или инженер должен ввести в прибор Fluke 438-II следующие данные: номинальную мощность в кВт или л.с., номинальное напряжение и силу тока, номинальную частоту, номинальный cos φ или коэффициент мощности, номинальный сервис-фактор, а также тип электродвигателя в соответствии с классификацией NEMA или IEC.

Принцип работы

Fluke 438-II выполняет механические измерения параметров (частоты вращения электродвигателя, нагрузки, крутящего момента и КПД) с помощью уникальных алгоритмов анализа формы электрических сигналов. Эти алгоритмы основаны на сочетании физических и управляемых данными моделей асинхронного электродвигателя. При этом не требуется выполнение предварительных проверок, которые обычно необходимы для измерения параметров электродвигателя, например, сопротивления статора. Скорость электродвигателя можно рассчитать на основе зубцовых гармоник ротора, присутствующих в сигналах тока. Крутящий момент на валу электродвигателя можно описать с помощью значений напряжения, силы тока и скольжения асинхронного электродвигателя, используя хорошо известные, но сложные физические формулы. Электрическая мощность измеряется с помощью осциллограмм входного тока и напряжения. При получении расчетных значений крутящего момента и скорости механическая мощность (или нагрузка) вычисляется из произведения крутящего момента на скорость. КПД электродвигателя вычисляется путем деления рассчитанной механической мощности на измеренную электрическую мощность. Компания Fluke провела обширные испытания на тестируемых электродвигателях, приводящих в движение динамометры. Для определения погрешности измеренные значения фактической электрической мощности, крутящего момента на валу электродвигателя, а также скорости сравнивались с показаниями прибора 438-II.

Заключение

Традиционные методы измерения параметров и КПД электродвигателей тщательно проработаны, но не всегда широко используются. В значительной степени это объясняется тем, что для выполнения проверок требуется отключение электродвигателей, а иногда и целых систем, приводящее к большой стоимости простоя производства. Прибор Fluke 438-II предоставляет чрезвычайно полезную информацию, которая ранее была труднодоступной и дорогостоящей. Кроме того, наличие на приборе Fluke 438-II передовых функций по анализу качества электроэнергии позволяет измерять качество электроэнергии в реальном режиме работы системы. Измерение важных параметров для определения КПД электродвигателя стало проще, поскольку не требуется использование отдельных внешних датчиков крутящего момента и скорости, благодаря чему можно анализировать производительность самых распространенных промышленных процессов с электроприводом, не прерывая их выполнения. Это позволяет техническим специалистам сократить время простоя, а также отслеживать изменения параметров электродвигателя во времени и получить более полную картину общего состояния системы и ее характеристик. Отслеживание графиков параметров позволяет увидеть изменения, которые могут быть признаком надвигающегося отказа электродвигателя, и заменить его до выхода из строя.

Как повысить эффективность электродвигателя — Fluidbusiness

Большинство насосов приводятся в действие с помощью асинхронных электродвигателей, это означает, что  двигатели вносят вклад в общую эффективность насосной системы.

Данная статья посвящена исследованию ключевых аспектов эффективности электродвигателя, которые находятся под контролем пользователя. 2/3 всей вырабатываемой электроэнергии, потребляются электродвигателями, которые используются в различном оборудовании на промышленных площадках всего мира.

Электродвигатели развиваются на протяжении последних 150 лет. Не смотря на то, что существует большой выбор из различных конструкций двигателей (например синхронные, асинхронные или постоянного тока), наиболее используемым в промышленности на сегодняшний день является асинхронный электродвигатель переменного тока, т.к. является более надежным. Также асинхронный электродвигатель предпочтительнее при использовании частотного преобразователя. Достаточно высокая эффективность в сочетании с простотой изготовления, высокой надежностью и низкой ценой делает его самым широко-применяемым типом двигателя по всему миру.


Рисунок 1: Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором

На рисунке 1 показана обычная компоновка асинхронного электродвигателя с тремя обмотками статора, которые расположены вокруг сердечника. Обмотка ротора состоит из медных или алюминиевых стержней, торцы которых накоротко замкнуты кольцами. Кольца изолированы от ротора. В подшипниковом узле, как правило, используются шарикоподшипники с консистентной смазкой, за исключением очень больших двигателей. Смазка масляным туманом может значительно увеличить срок службы подшипников. Во всех асинхронных электродвигателях используется трехфазный ток, за исключением самых маленьких промышленных процессов (ниже 2 л.с.). Для запуска фазных двигателей необходимы другие средства, такие как щетки или конденсаторный пуск (использование конденсатора во время пуска).

Проблема эффективности двигателя

При использовании электродвигателя в качестве привода насоса потери энергии и падение давления в результате неэффективности насоса обычно гораздо больше, чем потери энергии связанные с неэффективностью электродвигателя, но они не являются незначительными. Оптимизация эффективности электродвигателя насоса может обеспечить реальную экономию стоимости рабочего цикла на протяжении всего срока службы насоса/электродвигателя. Ключевыми факторами, которые влияют на эффективность асинхронного двигателя являются:

  • относительная нагрузка двигателя (негабаритные двигатели находящиеся под нагрузкой)
  • скорость вращения (число полюсов)
  • размер двигателя (номинальная мощность)
  • класс двигателя: обычный КПД в сравнении с энергоэффективностью в с равнении с высоким КПД

Эффективность электродвигателя при частичной загрузке

Как показано на рисунке 2, эффективность асинхронного электродвигателя изменяется вместе с  
относительной нагрузкой на электродвигатель по сравнению с номинальной характеристикой. Вплоть до  нагрузки в 50% эффективность большинства электродвигателей остается линейной и для некоторых электродвигателей достигает пика у отметки 75%. Электродвигатели могут работать при нагрузке меньше 50% только в течение короткого промежутка времени и не могут эксплуатироваться при нагрузках меньше 20% от номинальных. Таким образом, когда отрегулированные рабочие колеса или насосы возвращаются к своим кривым «напор-подача», необходимо оценить воздействие относительной нагрузки на электродвигатель.

Рисунок 2: Эффективность электродвигателя для 100-сильных моторов — Обычные кривые характеристик при нормальном диапазоне нагрузок электродвигателя

Скорость вращения

На рисунке 2 также показано влияние скорости вращения на максимально-достижимую эффективность. 4-х полюсный электродвигатель при номинальных 1800 об/мин выходит на самый высокий КДП, а 2-х полюсный при номинальных 3600 об/мин дает низкую эффективность. Таким образом, хотя насосы с номинальной частотой вращения 3600 об/мин могут быть более эффективными (и иметь низкую закупочную стоимость), чем насосы со скоростью вращения 1800 об/мин, электродвигатели последних могут быть более эффективными, плюс эти насосы, как правило, имеют более низкий NPSHR и энергию всасывания, не говоря уже о более длительном сроке службы. Также следует отметить, что номинальная мощность электродвигателя влияет на его эффективность, большие электродвигатели имеют большую эффективность, чем малые.

Скорость вращения асинхронного электродвигателя

Синхронная скорость вращения асинхронного электродвигателя рассчитывается по следующей формуле:
n = 120*f/p
где:
n = скорость вращения в об/мин
f = частота питающей сети (Гц)
p = количество полюсов (min = 2)

Для регулирования частоты вращения электродвигателя без использования внешних механических устройств необходимо регулировать напряжение и частоту подаваемого тока. Некоторые электродвигатели могут быть изготовлены с несколькими обмотками (количество полюсов) для достижения двух или более различных скоростей вращения.

Асинхронные электродвигатели вращаются со скоростью, которая меньше скорости вращения магнитного поля (на 1-3% при полной нагрузке). Разница между фактической и синхронной частотой вращения называется скольжением. Для новых более энергоэффективных электродвигателей скольжение имеет тенденцию уменьшаться в отличие от старых электродвигателей с обычным КПД. Это означает, что при заданной нагрузке энергоэффективные электродвигатели работают немного быстрее.

Рисунок 3. Эффективность при полной и частичной загрузке двигателя с низким и высоким КПД

Электродвигатели с высоким КПД

На рисунке 3 изображен пример возможного повышения эффективности, когда старый электродвигатель с обычной эффективностью заменяется новым, имеющим более высокий КПД. Как упоминалось ранее, электродвигатели с высоким КПД работают с меньшим скольжением, что дает некоторое увеличение скорости вращения, а следовательно напор насоса и производительность становятся несколько больше.

Однако, использование электродвигателей с высоким КПД в некоторых (с изменением подачи) процессах будет не оправданно, из-за большей скорости вращения (и напора насоса), до тех пор пока  существующие электродвигатели по-прежнему слабо загружены (работающие с низким КПД). Т.к. входная мощность на валу насоса пропорциональна скорости в кубе, простая замена старого электродвигателя новым с высоким КПД не обязательно приведет к снижению потребления энергии.

С другой стороны, если немного большая подача и напор для насоса — это хорошо, замена старого  
электродвигателя с обычным КПД на новый с высоким КПД может быть оправдана.

Коэффициент мощности электродвигателя

Другая проблема, которая входит в игру с характеристиками асинхронного электродвигателя (которая имеет косвенное влияние на энергопотребление) называется «Коэффициент Мощности«. Некоторые  
коммунальные предприятия обязывают клиентов платить дополнительные сборы за низкие значения  
коэффициентов мощности. Потери в сети происходят за счет того, что при меньшем коэффициенте  
мощности требуется большее количество тока, что приводит к серьезным потерям энергии. Как и КПД,  
коэффициент мощности электродвигателя также снижается с уменьшением нагрузки на него практически по линейному закону приблизительно до 50% нагрузки.

Определение коэффициента мощности:

Фазовый сдвиг (задержка) синусоидальной волны тока от синусоиды напряжения, который выбарабывает меньшее количество полезной мощности.
Сдвиг, вызванный необходимым током намагничивания двигателя
PF = Pi/KVA
Где:
KVA = VxIx(3)0.5/1,000

Нижняя формула показывает, как коэффициент мощности влияет на входную мощность трехфазного  
электродвигателя (кВт). Обратите внимание, что чем ниже коэффициент мощности (больший сдвиг фазы ток-напряжение VA), тем меньше входная мощность при данном входном токе и напряжении.
Где:
Pi = VxIxPF(3)0.5/1,000

Pi= трехфазный вход кВт
V= среднеквадратичное напряжение (среднее от 3 фаз)
I= среднеквадратичное значение силы тока в амперах (берется от 3 фаз)
PF= коэффициент мощности в виде дроби

Хотя коэффициент мощности не влияет напрямую на КПД электродвигателя, он оказывает влияние на потери  в сети, как это упоминалось выше. Однако, есть способы увеличения PF (коэффициента мощности), а именно:

  • покупка электродвигателей с изначально высоким PF
  • не покупайте слишком большие электродвигатели (коэффициент мощности падает вместе с уменьшением  
  • нагрузки на электродвигатель)
  • установка компенсирующих конденсаторов параллельно с обмотками электродвигателя
  • увеличить полную загрузку коэффициента мощности до 95% (Max)
  • преобразование в привод с частотным регулированием

Пусковые конденсаторы электродвигателей являются одним из наиболее поппулярных способов увеличения коэффициента мощности и имеют следующий список преимуществ:
  • увеличение PF
  • меньшение реактивного тока от электрооборудования через кабели и пускатели электродвигателейменьшее тепловыделение и потери мощности кВт
  • По мере уменьшения нагрузки на электродвигатель растет возможность экономии, а PF  
  • падает ниже 60%-70%. (возможная экономия 10%)
  • Уменьшение сборов за коэффициент мощности
  • Увеличение общей производительности системы
  • Интеллектуальная система управления электродвигателем
  • Частотно-регулируемый электропривод

Более высокое напряжение
Другим способом повышения КПД электродвигателя является повышение рабочего напряжения. Чем выше напряжение, тем ниже ток и, тем самым будут ниже потери в сети. Однако, высокое напряжение приведет к увеличению цены частотно-регулируемого привода и сделает работу более опасной.

Выводы
Таким образом, когда вы пытаетесь сократить энергопотребление насосных систем не забывайте о  
КДП электродвигателя и факторах, перечисленных выше, которые на него влияют.

Как можно определить коэффициент полезного действия электродвигателя?

Коэффициент полезного действия обязательно учитывается при выборе электродвигателя. Большое значение имеют потери КПД, связанные с реактивными токами, снижением мощности, нагревом двигателя и другими негативными факторами.

Как определить коэффициент полезного действия асинхронного двигателя?

Коэффициент полезного действия (КПД) асинхронного двигателя: η = P2 / P1 = (P1 — (Pоб — Pс — Pмх — Pд)) / P1, где Роб =Pоб1 + Роб2 — суммарная мощность потерь в обмотках статора и ротора асинхронного двигателя. Поскольку общие потери зависят от нагрузки, то и КПД асинхронного двигателя является функцией нагрузки.

Как рассчитать коэффициент полезного действия двигателя?

Отношение совершённой полезной работы двигателя к энергии, полученной от нагревателя, называют коэффициентом полезного действия теплового двигателя. КПД теплового двигателя определяют по формуле: КПД = A n Q 1 или КПД = Q 1 − Q 2 Q 1 ⋅ 100 % .

Что показывает кпд электродвигателя?

Коэффициент полезного действия (сокращенно — КПД) электрической установки показывает, какая доля активной электрической энергии Q, безвозвратно расходуемой данной установкой, приходится на полезную работу A, совершаемую этой установкой по назначению (если речь идет о преобразователе или о потребителе), либо какая доля …

Как выяснить кпд?

Коэффициент полезного действия можно определить как отношение полезной работы к затраченной на ее выполнение энергии (Q): η=ApQ⋅100% (5).

Как рассчитать мощность электродвигателя формула?

Электродвигатель подключается к сети и измеряется напряжение. С помощью амперметра поочередно замеряем ток в цепи каждой из обмоток статора. Сумму потребляемых токов умножаем на фиксированное напряжение. Полученное число – мощность электродвигателя в ваттах.

Какие характеристики асинхронного двигателя называют рабочим?

Рабочие характеристики асинхронного двигателя представляют собой графически выраженные зависимости частоты вращения n2, КПД η, полезного момента (момента на валу) М2, коэффициента мощности cos φ, и тока статора I1 от полезной мощности Р2 при U1 = const f1 = const.

Как определить коэффициент полезного действия механизма?

Отношение полезной работы к полной работе называется коэффициентом полезного действия механизма (КПД): КПД = A п A з ; η = A п A з ⋅ 100 % , где η — буквенное обозначение КПД, A_П — полезная работа, A_З — затраченная работа. КПД может выражаться и в долевом отношении и в процентах: η =0,35=35%.

Какая величина называется коэффициентом полезного действия теплового двигателя?

Для определения эффективности работы теплового двигателя вводят понятие КПД. Коэффициентом полезного действия называют отношение полезной работы, совершенной данным двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя.

Как рассчитать мощность двигателя?

Для определения мощности двигателя в киловаттах, когда известен крутящий момент, можно по формуле такого вида: P = Mкр * n/9549, где: Mкр – крутящий момент (Нм), n – обороты коленвала (об./мин.), 9549 – коэффициент для перевода оборотов в об/мин.

Что обозначает кпд?

Коэффицие́нт поле́зного де́йствия (КПД) — характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии. Определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой; обозначается обычно η («эта»).

Что такое кпд простыми словами?

Коэффициент полезного действия — это отношение полезной работы к затраченной энергии. КПД является безразмерной величиной и часто измеряется в процентах.

Что такое кпд в работе?

КПД выражает отношение полезной работы к затраченной энергии. КПД сотрудника — производительность его труда, показатель того, насколько данный сотрудник был эффективен и результативен в своей работе.

Что такое кпд у человека?

Любая деятельность человека, в том числе и умственная, сопровождается энергетическими затратами. Коэффициент полезного действия (КПД) человеческого организма – это отношение совершаемой им полезной работы к величине затраченной энергии.

Как повысить кпд асинхронного двигателя?

Для повышения КПД асинхронного двигателя используются преобразователи частоты и устройства плавного пуска. Микропроцессора, обеспечивающего управление электронными ключами, а также контроль работы оборудования, его диагностику и защиту. Схем, функционирующих в режиме ключей и открывающих тиристоры или транзисторы.

Какой коэффициент полезного действия мощных электрических двигателей?

Большинство асинхронных электродвигателей имеет коэффициент полезного действия 80-90%. Мощные электродвигатели выпускаются с КПД от 90 до 96%.

потребляемая мощность электродвигателя

Причем, как нетрудно заметить, ток, указанный при включении звездой на линейное напряжение 380В, меньше тока при включении треугольником на линейное напряжение, но уже не 380В, а 220В. Почему так? Потому что при таком включении в обоих случаях на обмотках двигателя будет расчетное фазное напряжение 220В, на которое и мотались обмотки электродвигателя. Т.е. как бы вы не включали двигатель, звездой ли на линейное напряжение 380В или треугольником на линейное напряжение 220В, в обоих вариантах на каждой из обмоток будет 220В. Однако, электрическая мощность электродвигателя при этом останется, что и требуется в таких случаях, неизменной — 16кВА. И проверить это легко. А вот линейные токи будут разными. И если при включении такого двигателя на 3-х фазное линейное напряжение 380В линейный ток во всех фазах будет равен току через обмотки и составит 24,3А, то при включении двигателя на 3-х фазное линейное напряжение 220В ток во всех фазах составит 43А, а вот через обмотки будет равен, как и при включении «звездой», 24,3А. Такая особенность возникает из-за того, что согласно закона Кирхгофа для узлов, мы получим, что токи через обмоткм равны: IAB=IA+IAC=24,3А, IBC=IB+IAB=24,3А, ICA=IC+IBC=24,3А. Все это продемонстрировано на рис.1 и рис.2.
Иногда на шильдике двигателя можно увидеть обозначение не 220/380 для включения треугольником и звездой соответственно, а 380/660. Это означает, что данный двигатель для его работы в номинальном режиме должен включаться либо «треугольником» на линейное напряжение 380В, либо «звездой» на линейное напряжение 660В. Пример такого шильдика приведен на рисунке. Рссмотрим его параметры. Полезная механическая мощность на валу 5,5кВт. КПД двигателя не приведен, поэтому найти активную электрическую его мощность по формуле Ра=Р/η, как по первому шильдику мы не можем. Однако, мы всегда можем воспользоваться формулой мощности 3-х фазной цепи с учетом cosφ. При включении «треугольником» на 380В имеем:. Откуда Ра=1,732*380*11,8*0,83=6,45кВт. Таким же образом можно было найти активную мощность первого двигателя по первому шильдику. Но вернемся к рассматриваемому двигателю. Если нас интересует его КПД, то мы можем воспользоваться уже выше рассмотренной формулой Ра=Р/η, откуда η=Р/Ра. Поэтому η=5,5/6,45=0,853. А это 85,3%. Для случая 660В имеем: Ра=1,732*660*6,8*0,83=6,45кВт. Т.е. как и говорилось выше, независимо от схемы включения в соответствии с заданными линейными напряжениями, номинальная электрическая мощность двигателя неизменна. Полную мощность данного электродвигателя можно вычислить либо как S=Pa/cosφ=6,45/0,853=7,56кВА, либо как для «треугольника», либо как . Небольшая разница в сотых из-за предыдущих округленных значений. Но, в общем-то, как видим, нет разницы каким образом вычислять.

Как рассчитать КПД двигателя

Обновлено 22 декабря 2020 г.

Автор: Кевин Бек

Цель двигателя — заставить что-то двигаться. Часто этим чем-то является ось, вращательное движение которой можно преобразовать в поступательное движение, как в автомобиле, или иным образом использовать для выполнения механической работы (которая имеет единицы энергии).

Мощность (энергия в единицу времени) для двигателя обычно исходит от электричества, конечным источником которого может быть угольная электростанция, ветряная мельница или блок солнечных батарей.

Прикладная физика может использоваться для определения КПД двигателя, , который является мерой доли энергии, вложенной в механическую систему, которая приводит к полезной работе. Чем эффективнее двигатель, тем меньше энергии теряется в виде тепла, трения и т. Д., И тем больше экономия затрат для владельца бизнеса в производственном сценарии.

Мощность, энергия и работа

Энергия — это физика, которая принимает различные формы: кинетическую, потенциальную, тепловую, механическую, электрическую и другие.Работа определяется как количество энергии, затрачиваемое на перемещение массы м на расстояние x за счет приложения силы F . Работа в системе СИ (метрическая) измеряется в ньютон-метрах или джоулях (Дж).

Мощность — энергия в единицу времени. Вы можете потратить определенное количество джоулей, пересекая парковку, но если вы спринтете и преодолеете расстояние за 20 секунд, а не двинетесь пешком и потратите две минуты, ваша выходная мощность, соответственно, будет выше в примере спринта.В системе СИ используется ватт (Вт) или Дж / с.

Типичные значения КПД двигателя

КПД — это просто выходная (полезная) мощность, деленная на входную мощность, с разницей в потерях из-за несовершенства конструкции и других неизбежных факторов. Эффективность в этом контексте — это десятичная дробь от 0 до 1.0, а иногда и процентная величина.

Обычно, чем мощнее двигатель, тем выше ожидаемый КПД. КПД 0,80 хорош для двигателя мощностью от 1 до 4 л.с., но нормальным является стремление к уровню выше 0.90 для моторов мощностью 5 л.с. и более.

Формула КПД электродвигателя

КПД часто обозначается греческой буквой эта ( η ) и рассчитывается по следующей формуле:

η = \ frac {0,7457 × \ text {hp} × \ text {load}} {P_i}

Здесь л.с. = мощность двигателя, нагрузка = выходная мощность в процентах от номинальной мощности, и P i = входная мощность в кВт.

  • Постоянный коэффициент 0,7457 используется для преобразования лошадиных сил в киловатты. Это потому, что 1 л.с. = 745,7 Вт или 0,7457 кВт.

Пример : Каков КПД двигателя для двигателя мощностью 75 л.с., измеренной нагрузки 0,50 и входной мощности 70 кВт?

\ begin {выровнено} η & = \ frac {0,7457 \; \ text {кВт / л.с.} × 75 \; \ text {л.с.} × 0,50} {70 \; \ text {кВт}} \\ & = 0,40 \ end {align}

Формула для расчета мощности двигателя

Иногда вам задают эффективность задачи и просят решить другую переменную, например, входную мощность.В этом случае вы измените уравнение по мере необходимости.

Пример: Какова входная мощность при КПД двигателя 0,85, нагрузке 0,70 и двигателе мощностью 150 л.с.?

\ begin {выровнено} η & = \ frac {0,7457 × \ text {hp} × \ text {load}} {P_i} \\ \ text {Следовательно} \; P_i & = \ frac {0,7457 × \ text { л.с.} × \ text {load}} {η} \\ & = \ frac {0,7457 \; \ text {кВт / л.с.} × 150 \; \ text {hp} × 0,70} {0,85} \\ & = 92,1 \ ; \ text {кВт} \ end {align}

Калькулятор КПД двигателя: Альтернативная формула

Иногда вам задают параметры двигателя, такие как его крутящий момент (сила, приложенная вокруг оси вращения) и число оборотов на минута (об / мин).Вы можете использовать соотношение η = P o / P i , где P o — выходная мощность, чтобы определить эффективность в таких случаях, потому что P i задается I × V , или током, умноженным на напряжение, тогда как P o равно крутящему моменту τ кратной скорости вращения ω . Скорость вращения в радианах в секунду, в свою очередь, определяется как ω = (2π) (об / мин) / 60.

\ begin {align} η & = P_o / P_i \\ & = \ frac {τ × 2π × \ text {rpm} / 60} {I × V} \\ & = \ frac {(π / 30) ( τ × \ text {rpm})} {I × V} \\ \ end {align}

КПД электродвигателя

КПД электродвигателя — это соотношение между выходной мощностью вала и входной электрической мощностью.

КПД электродвигателя при измерении выходной мощности на валу в ваттах

Если выходная мощность измеряется в Вт (Вт) , то эффективность может быть выражена как

η м = P out / P дюйм (1)

где

η м = КПД двигателя

P out = мощность на валу (Вт, Вт)

P дюйм = электрическая мощность, подаваемая на двигатель (Ватт, Вт)

КПД электродвигателя, когда выходная мощность на валу измеряется в лошадиных силах

Если выходная мощность измеряется в лошадиных силах (л.с.) , КПД может быть выражено как

η м = P out 746 / P дюйм (2)

где

P out = выходная мощность на валу (лошадиные силы, л.с.)

P in = электрическая мощность, подаваемая на двигатель (Вт, Вт)

Потери первичного и вторичного сопротивления

Потери электроэнергии в первичном роторе и сопротивлении вторичной обмотки статора также называются потерями в меди .Потери в меди зависят от нагрузки пропорционально квадрату тока — и могут быть выражены как

P cl = RI 2 (3)

, где

P cl = обмотка статора — потери в меди (Вт, Вт)

R = сопротивление (Ом)

I = ток (А, амперы)

Потери в железе

Эти потери составляют результат рассеяния магнитной энергии при приложении магнитного поля двигателя к сердечнику статора.

Паразитные потери

Паразитные потери — это потери, которые остаются после потерь первичной меди и вторичных потерь, потерь в стали и механических потерь. Наибольший вклад в паразитные потери вносят гармонические энергии, генерируемые при работе двигателя под нагрузкой. Эти энергии рассеиваются в виде токов в медной обмотке, составляющих гармонического потока в железных частях, утечки в ламинатном сердечнике.

Механические потери

Механические потери включают трение в подшипниках двигателя и вентилятора для охлаждения воздуха.

Электродвигатели NEMA Design B

Электрические двигатели, сконструированные в соответствии с NEMA Design B, должны соответствовать приведенным ниже КПД:

90.2
Мощность
(л.с.)
Минимальный номинальный КПД 1)
1 — 4296 78,8
5–9 84,0
10–19 85,5
20–49 88,5
50–99
100 — 124 91,7
> 125 92,4

1) NEMA Design B, односкоростной 1200, 1800, 3600 об / мин. Двигатели с защитой от капель (ODP) или полностью закрытым вентилятором (TEFC) мощностью 1 л.с. и больше, которые работают более 500 часов в год.

Автоматический расчет КПД электродвигателя, формула и таблица

С помощью этого калькулятора КПД для мототехники вы можете автоматически конвертировать и рассчитывать в режиме онлайн всего за 3 шага, легко, быстро и бесплатно для любой мощности, связанной с электродвигателями.

Для простоты поясняем, что в формуле используется калькулятор с таблицей основных значений КПД для двигателей с различными процентами нагрузки.

Мы также показываем наиболее распространенные коэффициенты мощности различных двигателей.

  • Формулы для расчета КПД двигателей постоянного, переменного тока, однофазных, двухфазных и трехфазных двигателей:
  • Формула КПД двигателя постоянного тока:
  • Формула КПД двигателя переменного тока, однофазный:
  • Формула КПД двигателя переменного тока, двухфазный:
  • Формула КПД двигателя переменного тока, трехфазный:
  • Как рассчитать за 3 шага КПД трехфазного двигателя:
  • Шаг 1:
  • Шаг 2:
  • Шаг 3:
  • Определения КПД, л.с. , FP, Iac, Idc и Volts:
  • Типичный коэффициент мощности двигателя:
  • КПД электрических двигателей NEMA, конструкция B

Формулы для расчета КПД двигателей постоянного, переменного тока, однофазных, двухфазных и трехфазных двигателей :

КПД двигателя Formula постоянного тока:

КПД двигателя Formula переменного тока, однофазный:

КПД двигателя формулы переменного тока, двухфазный ic:

Формула КПД двигателя переменного тока, трехфазный:


Как рассчитать КПД трехфазного двигателя за 3 шага:


Шаг 1:

Умножение На 746 л.с. (лошадиных сил).Например, если у вас 20 л.с., умножьте на 746 и получите 14 920 (100Hpx746 = 74600).

Шаг 2:

Умножьте линейное напряжение переменного тока на корень квадратный из 3, коэффициента мощности и тока двигателя. Например, если мощность двигателя 480 В переменного тока, коэффициент мощности 0,86 и ток 23,4 А, необходимо умножить √3 (квадратный корень из 3), 480 В переменного тока, 23,4 А, 0,86, чтобы получить 16 710 ( √3×480 В x0, 86 × 23,4A = 16,710 ).

Шаг 3:

Наконец, как вы можете видеть, ввод больше, чем вывод, поэтому просто разделите шаг 1 и шаг 2.Например, Ef = (20hpx746) / (√3x480Vx0,86 × 23,4A) = 0,89, затем умножьте это значение на 100% и получите приблизительный КПД 89%.


Определения КПД, л.с., FP, Iac, Idc и вольт:

E (КПД) = КПД двигателя — это соотношение между объемом выполненной механической работы и электрической энергией, потребляемой для выполнения работа, представленная в процентах. Более высокий процент означает более эффективный двигатель. Эффективность электродвигателя зависит (но не ограничивается ими) от условий конструкции, материалов, конструкции, классификации, нагрузки, качества электроэнергии и эксплуатации.
КПД любого электродвигателя — это его выходная мощность, деленная на общую потребляемую мощность. Чтобы быть действительным, ввод и вывод должны выражаться в одних и тех же физических единицах.

Входная мощность двигателя переменного тока — это электрическая мощность в ваттах (или киловаттах), а выходная мощность двигателя — это механическая энергия, передаваемая валом, поэтому крутящий момент на валу зависит от скорости (об / мин). Исходя из того, что выходной крутящий момент двигателя не является электрической величиной, он обычно измеряется в механических единицах мощности.

Чтобы разделить это на потребляемую электрическую мощность на ватты, необходимо преобразовать мощность (л.с.) в электрический эквивалент посредством ее эквивалента (746 ватт). (В метрической системе ватт или киловатт является мерой выходной и входной мощности, поскольку используются разные единицы крутящего момента.)

Входная мощность всегда должна превышать выходную мощность, разница заключается в потерях внутренней энергии в двигателе. Таким образом, выход, деленный на вход, никогда не может быть равен или превышать единицу (100%).

FP = Коэффициент мощности — это разница между полной мощностью S (ВА) и фактической или активной мощностью P (Вт), этот коэффициент можно определить по формуле: P (Вт) / S (ВА) = На практике ФП коэффициент мощности определяется характеристиками оборудования.

л.Он обозначается как «л.с.», «л.с.» или «л.с. Позже он был расширен, чтобы включить выходную мощность других типов поршневых двигателей, а также турбин, электродвигателей и других типов оборудования.

Iac = Переменный ток описывается как поток нагрузки, который периодически меняет направление, в результате чего уровень напряжения также меняется на противоположный вместе с током.Переменный ток переменного тока используется для питания домов, офисных зданий, магазинов и т. Д. Эту форму электроэнергии потребители обычно используют при подключении кухонных приборов, телевизоров и электроприборов к электрической розетке.

Idc = Под постоянным током понимается непрерывный поток электрического заряда через проводник между двумя точками с разным потенциалом, который не меняет направление со временем. Постоянный ток вырабатывается такими источниками, как батареи, источники питания, термопары, солнечные элементы или динамо-машины.Постоянный ток может течь в проводнике, таком как провод, но он также может течь через полупроводники, изоляторы или даже через вакуум, например, в электронных или ионных пучках. Постоянный ток используется для зарядки аккумуляторов и в качестве источника питания для электронных систем.

Вольт = Вольт — это единица измерения разности электрических потенциалов (напряжения). Volt назван в честь итальянского физика Алессандро Вольта (1745-1827), который изобрел гальваническую батарею, возможно, первую химическую батарею.

Типичный коэффициент мощности двигателя: 1800.74
Мощность Скорость Коэффициент мощности
(л.с.)
нагрузка 3/4 нагрузки полная нагрузка
0-5 1800 0,72 0,82 0,84
0,84 0,86
20-100 1800 0,79 0,86 0,89
100-300 1800 0,81
9
1800 0,81
9
0,81
9 Ссылка // Коэффициент мощности в управлении электроэнергией-А. Bhatia, B.E.-2012
Требования к коэффициенту мощности для электронных нагрузок в Калифорнии — Брайан Фортенбери, 2014
http: // www.engineeringtoolbox.com

NEMA Design B Электродвигатели КПД

Электрические двигатели, сконструированные в соответствии с NEMA Design B, должны соответствовать приведенным ниже КПД:

902
Мощность
(л.с.)
Минимальный номинальный КПД 1)
1-4 78,8
5-9 84,0
10-19 85,5
20-49 88.5
50-99 90,2
100-124 91,7
> 125 92,4

1) NEMA Конструкция с одинарной скоростью Об / мин. Двигатели с защитой от капель (ODP) или полностью закрытым вентилятором (TEFC) мощностью 1 л.с. и больше, которые работают более 500 часов в год.

Калькулятор КПД электродвигателя: [kkstarratings]

Формула КПД 3-фазного электродвигателя и расчет КПД электродвигателя постоянного тока

Формула КПД двигателя:

КПД двигателя η равен отношению выходной мощности P (o) в ваттах к входной мощности P (i) в ваттах.

η = P или / P и

Эффективность всегда указывается в процентах%

η = P o x 100 / P i

P i в ваттах равно произведению входного напряжения V i в вольтах входного тока I i в амперах

P i = V i x I i

Это основная формула для расчета КПД двигателя.

КПД двигателя постоянного тока:

Возьмем мощность двигателя = V x I

Вход двигателя = выход двигателя + потери

Двигатель постоянного тока

имеет три потери, такие как потери в меди, потери в стали и механические потери.

Следовательно, мощность двигателя = Вход — (потери в меди + потери в стали + механические потери)

Формула КПД двигателя становится,

η = выход / (вход — (потери меди + потери в стали + механические потери))

η = (V * I) / (VI — ((I 2 * R) + W e + W м ))

КПД для трехфазных двигателей переменного тока:

КПД двигателя переменного тока равен полезному выходу на валу и полезному электрическому входу в двигатель

% η = полезная мощность вала / полезная электрическая мощность.

Здесь чистый вход P (вход) в ваттах равен 1,732, умноженному на ток, напряжение и коэффициент мощности.

P (вход) = 1,732 x V L x I L x pf

Механическая мощность равна полезной входной электрической мощности P (вход) за вычетом общих потерь, включая потери в меди статора, потери в меди в роторе и потери на механическое трение.

P (механический) = P (вход) — (Потери в статоре + Потери в меди в роторе + механические потери)

Здесь потери в меди стартера = 3 x I L 2 x R статора

Здесь RStator — сопротивление статора катушки.

Ротор Потери меди = 3 x I 2r 2 x R (ротор)

Здесь формулу КПД трехфазного двигателя можно записать как,

Формула КПД трехфазного двигателя

I2r — входной ток ротора в амперах.

R (ротор) — сопротивление ротора в Ом.

R (статор) Сопротивление обмотки статора в Ом

Также обратите внимание, что максимальный КПД двигателя может быть заархивирован, когда переменные потери равны постоянным потерям двигателя

ЧТО ТАКОЕ ЭФФЕКТИВНОСТЬ? (Электродвигатель)

2.3
КПД электродвигателя — это мера способности электродвигателя преобразовывать электрическую энергию в механическую; то есть киловатты электроэнергии подводятся к двигателю на его электрических клеммах, а механическая мощность в лошадиных силах снимается с двигателя на вращающемся валу. Следовательно, единственная мощность, потребляемая электродвигателем, — это потери, возникающие при преобразовании электрической энергии в механическую. Таким образом, КПД двигателя можно выразить как

Следовательно, чтобы снизить потребление электроэнергии для заданной выходной механической энергии, необходимо уменьшить потери двигателя и повысить КПД электродвигателя.
Для этого необходимо понимать типы потерь, которые возникают в электродвигателе. Эти убытки состоят из
из следующих
. 2.3.1

Потери мощности

Потери мощности (PR в обмотках двигателя) состоят из двух потерь: потерь мощности статора PR и потерь мощности ротора PR. Потери мощности статора являются функцией тока, протекающего в обмотке статора, и сопротивления обмотки статора — отсюда и термин потери 72R:

При улучшении характеристик двигателя важно осознавать взаимозависимую взаимосвязь между КПД и коэффициентом мощности. .Перепишите предыдущее уравнение и решите для коэффициента мощности:

Следовательно, если эффективность увеличивается, коэффициент мощности будет уменьшаться. Чтобы коэффициент мощности оставался постоянным, ток статора I1 должен уменьшаться пропорционально увеличению КПД. Чтобы увеличить коэффициент мощности, ток статора должен уменьшаться больше, чем повышаться КПД. С точки зрения конструкции это сложно выполнить и при этом поддерживать другие требования к характеристикам, такие как крутящий момент пробоя.Однако

Следовательно, потери в статоре обратно пропорциональны квадрату КПД и коэффициента мощности. Кроме того, потери в статоре зависят от сопротивления обмотки статора. Для данной конфигурации сопротивление обмотки R обратно пропорционально фунтам
магнитного провода или проводников в обмотке статора. Чем больше проводящего материала в обмотке статора, тем меньше потери.
Потери мощности ротора обычно выражаются как потери на скольжение:

, где
N = выходная скорость, об / мин
Ns = синхронная скорость, об / мин
FW = потери на трение и ветер
скольжение ротора можно уменьшить, увеличив длину проводника материала в роторе или увеличения общего потока через воздушный зазор в ротор.Степень этих изменений ограничивается минимальным требуемым пусковым моментом (или крутящим моментом с заторможенным ротором), максимальным током заторможенного ротора и минимальным требуемым коэффициентом мощности.
2.3.2


Потери магнитного сердечника

Потери магнитного сердечника состоят из потерь на вихревые токи и гистерезиса, включая поверхностные потери, в магнитной структуре двигателя. На эти потери влияет ряд факторов:
1. Плотность потока в магнитной структуре является основным фактором при определении этих магнитных потерь.Потери в сердечнике можно уменьшить, увеличив длину магнитной структуры и, как следствие, уменьшив магнитную индукцию в сердечнике. Это уменьшит магнитные потери на единицу веса, но, поскольку общий вес увеличится, улучшение потерь не будет пропорционально уменьшению удельных потерь. Уменьшение магнитной нагрузки в двигателе также снижает ток намагничивания и, таким образом, влияет на коэффициент мощности.
2. Потери в магнитном сердечнике также могут быть уменьшены за счет использования более тонких пластин в магнитной структуре.Как правило, во многих стандартных двигателях
используется пластина толщиной 24 мм (0,025 дюйма). При использовании более тонких пластин, таких как толщина 26 (0,0185 дюйма) или 29 (0,014 дюйма), потери в магнитном сердечнике могут быть уменьшены. Снижение потерь магнитного сердечника за счет использования более тонких пластин составляет от 10 до 25%, в зависимости от метода обработки ламинированной стали и способа сборки магнитопровода.
3. Сталелитейные компании добились значительного прогресса в снижении магнитных потерь как в кремниевых, так и в холоднокатаных (с низким содержанием кремния) сортах электротехнической стали.Потери магнитного сердечника (потери Эпштейна) могут быть уменьшены за счет использования кремниевых марок электротехнической стали или улучшенных марок холоднокатаной электротехнической стали. Тип стали, используемой производителем двигателя, зависит от его технологических возможностей. Холоднокатаная электротехническая сталь требует надлежащего отжига после штамповки для развития ее электрических свойств, тогда как кремнистые марки электротехнической стали доступны в виде полностью обработанного материала. Таблицы 2.2a и 2.2b иллюстрируют некоторые из кремниевых и холоднокатаных электротехнических сталей, а также влияние марки и толщины на потери Эпштейна и проницаемость.
Однако из-за различных факторов при переработке ламинированной стали в готовые сердечники двигателей снижение потерь в сердечнике в ваттах на фунт, эквивалентных данным Эпштейна для плоских полос ламинированной стали, достигается редко. Снижение потерь в магнитном сердечнике порядка 15-40% может быть достигнуто за счет использования более тонких электротехнических сталей кремнистого качества. Недостатком стали с повышенным содержанием кремния для ламинирования является то, что при высоких индукциях проницаемость может быть ниже, что увеличивает требуемый ток намагничивания.Это приведет к уменьшению коэффициента мощности двигателя.
2.3.3

Потери на трение и ветер

Потери на трение и парусность возникают из-за трения в подшипниках двигателя и потерь на ветер в вентиляционном вентиляторе и других вращающихся элементах двигателя. Потери на трение в подшипниках

ТАБЛИЦА 2.2a Типичные данные Эпштейна в соотношении 50/50 для кремниевой электротехнической стали
Максимум Типичный
Электрооборудование Номинал эпштейн потеря проницаемость
сталь Стандартный толщина, при 15 кг, при 15 кг,
марка калибр дюйм. 60 Гц 60 Гц
М-47 24 0,025 3,60 1800
26 0,0185 3,05 1800
М-45 24 0,025 3,20 1700
26 0,0185 2,80 1700
М-43 24 0.025 2,70 1500
26 0,0185 2,30 1500
29 0,01-1 2,00 1500
М-36 26 0,0185 2,05 1400
20 0,014 1,90 1400
М-27 29 0.014 1,80 1200

Примечание. Потери в сердечнике Эпштейна указаны для полностью обработанной стали; меньшие потери могут быть достигнуты при использовании полуобработанной стали и качественного отжига. Источник: любезно предоставлено Armco Advanced Materials Co., Батлер, Пенсильвания.
зависят от размера подшипника, скорости, типа подшипника, нагрузки и используемой смазки. Эти потери относительно фиксированы для данной конструкции, и, поскольку они составляют небольшой процент от общих потерь двигателя, конструктивные изменения, направленные на уменьшение этих потерь, существенно не влияют на КПД двигателя.Большинство потерь на ветер связано с вентиляторами и объемом вентиляции, необходимой для отвода тепла, генерируемого другими потерями в двигателе, такими как потери мощности в обмотке PR, потери в магнитном сердечнике и потери паразитной нагрузки. Поскольку теплопроизводящие потери уменьшаются, можно уменьшить вентиляцию, необходимую для устранения этих потерь, и, таким образом, потери от ветра могут быть уменьшены. В первую очередь это относится к полностью закрытым двигателям с вентиляторным охлаждением и внешними вентиляторами. Одним из важных побочных продуктов уменьшения потерь от ветра является снижение уровня шума, создаваемого двигателем.

ТАБЛИЦА 2.2b Типичные данные Эпштейна Сталь для внутреннего плавления Некремний холоднокатаная электротехническая сталь
Толщина, потеря Эпштейна, Проницаемость
Внутренний тип дюйм Вт / фунт при 15 кг при 15 кг (мин.)
Повторнофосфорированный 0,029 4,6 2000
0,025 3.85 2000
0,022 3,5 2000
Блокировка 0,029 4,2 2000
0,025 3,75 2000
0,022 3,2 2000
2,5 / 2000 0,025 3,3 2000
0.022 2,9 2000
0,018 2,5 2000
2,25 / 2000 0,025 3,1 2000
0,022 2,1 2000
0,018 2,3 2000
2/2000 0,022 2,3 2000
0.018 2,0 2000

Примечание. Значения Эпштейна типичны для полуобработанной стали, отожженной после штамповки.
2.3.4

Потери от паразитной нагрузки

Потери от паразитной нагрузки — это остаточные потери в двигателе, которые трудно определить прямым измерением или расчетом. Эти потери связаны с нагрузкой и обычно считаются квадратами выходного крутящего момента. Природа этой потери очень сложна.Это функция многих элементов конструкции и обработки двигателя. Некоторые из элементов, которые влияют на эти потери, — это конструкция обмотки статора, отношение длины воздушного зазора к прорезям ротора, отношение количества прорезей ротора к прорезям статора, плотность потока в воздушном зазоре, состояние воздушного зазора статора. поверхность, состояние поверхности воздушного зазора ротора, а также соединение или сварка токопроводящих стержней ротора с ламинированием ротора. За счет тщательного проектирования некоторые из элементов, которые способствуют паразитным потерям, могут быть минимизированы.Те паразитные потери
, которые связаны с обработкой, например состояние поверхности, можно свести к минимуму путем тщательного контроля производственного процесса. Из-за большого количества переменных, которые вносят вклад в паразитные потери, управлять этими потерями в двигателе труднее всего.
2.3.5

Сводка распределения убытков

В ограниченном диапазоне обсуждаемые различные потери двигателя не зависят друг от друга. Однако, пытаясь существенно повысить эффективность, можно обнаружить, что различные потери очень зависимы.Окончательная конструкция двигателя представляет собой баланс между несколькими потерями для достижения высокого КПД и соответствия другим критериям производительности, включая крутящий момент заблокированного ротора, амперы заблокированного ротора, крутящий момент пробоя и коэффициент мощности. R

IS
Потери в магнитном сердечнике ■ 10
Трение и ветер 9
Потери от паразитной нагрузки 16

Это распределение потерь указывает на важность конструктивных изменений для повышения эффективности электродвигателя.Однако по мере увеличения КПД двигателя и увеличения мощности уровень сложности

ТАБЛИЦА 2.3 Типичное распределение потерь для двигателей с защитой от капель стандартной конструкции NEMA конструкции B

Примечания:

Многофазный четырехполюсный двигатель, 1750 об / мин. % потерь = процент от общих потерь. Потеря ПУ = потеря / (hp x 746).
повышение КПД электродвигателя. Учитывайте только потери мощности статора и ротора. Чтобы повысить КПД двигателя при полной нагрузке, одна точка КПД требует все большего снижения этих потерь мощности по мере увеличения КПД двигателя:

Уменьшение
Оригинал Увеличено по потерям мощности
л.с. КПД,% КПД,% требуется,%
1 73.0 74,0 8
5 83,0 84,0 1 1
25 89,0 90,0 16
50 90,5 91,5 19
100 91,5 92,5 2H
200 93,0 94,0 38

Эти сокращения потерь могут быть достигнуты за счет увеличения количества материала, т.е.е., магнитопровод в обмотке статора и алюминий

25 л.с. 50 л.с.100 лс> .m л.с.
% УЕ « УЕ% УЕ% УЕ
Вт Убыток! (> :; г; Вт Убыток li> :; s Вт I * SS Ins.-; Вт Лор * л () с ::
953 42 0,05 1,540 38 0,04 1,955 28 0,026 3,425 30 0,023
479 -р. 0,03 860 22 0,02 1,177 IS 0,016 1850 16 0.012
3i> 1 0,02 -или, 20 0,02 906 Если! 0,012 1,6.-50 ли> 0,011
IH8 7 0,01 300 0,01 992 Я Я 0,013 1,072 10 0,007
345 15 0.02 452 ■ ?; 0,01 1 900 ■:>; ■ 0,025:;.: ’; I5 “S 0,022
2.2′lfi 1 00 0,13 3 917 100 0,10 6 930 IHi.i 0,092 11 232 100 0,075
18,560 37.S00 74 600 149 200
20 946 41217 81 530 160 432
89 90,5 91,5 93.0


РИСУНОК 2.2 Потери на единицу для четырехполюсных двигателей стандартной конструкции B.
проводников в обмотке ротора или беличьей клетки. Однако при этих потерях мощности можно снизить потери только на 5-15% без внесения других изменений в конструкцию. Эти модификации могут включать в себя новую конструкцию ламинирования для увеличения количества магнитных проводов и алюминиевых проводников ротора, которые могут использоваться, в сочетании с использованием ламинированной стали с меньшими потерями в магнитной структуре и использованием более длинной магнитной структуры.Уровень сложности и, следовательно, стоимость повышения эффективности электродвигателя возрастают по мере увеличения номинальной мощности. Это проиллюстрировано на рис. 2.2, который показывает уменьшение потерь на единицу по мере увеличения номинальной мощности, что требует большего снижения потерь на единицу при более высоких номинальных мощностях для того же повышения эффективности.

Рассчитать КПД двигателя двумя способами

Эффективность

Электричество и магнетизм

Рассчитать КПД двигателя двумя способами

Работа в классе для 14-16

Что такое действие для

Практические измерения и расчеты как образцы для обучения.

В этом упражнении для подъема груза используется двигатель. КПД двигателя рассчитывается двумя способами:

  • Учитывая, что энергия переходит от химического склада к гравитационному после подъема груза.
  • Принимая во внимание мощность в электрических и механических путях при поднятии груза.

Что приготовить

  • Блок питания 12 В
  • небольшой двигатель со шкивом / осью
  • Зажимы 2 G
  • правило 1 м
  • некоторые Blu-tack
  • Держатель массы 100 г
  • Масса 3100 г
  • Счетчик энергии SEP
  • 4 отведения
  • 1 м легкой прочной тонкой струны

Указание по безопасности: Как падающие массы, так и натянутая струна представляют собой возможные опасности.

Что происходит во время этого действия

Эта учетная запись включает в себя примерные значения, чтобы указать тип ожидаемых значений. Ваши собственные значения могут отличаться, и их следует использовать.

Расчет с использованием запасов и энергии

Установите оборудование для подъема груза массой 400 грамм на расстояние 80,0 см. Прикрепите 1-метровую линейку близко к грузу, чтобы четко обозначить пройденное расстояние. Установите счетчик энергии SEP на считывание энергии, а блок питания — на 5 В постоянного тока.

Учитель: Итак, мы используем мотор, чтобы поднять груз с пола. У нас есть счетчик энергии, который подключается непосредственно к источнику питания, чтобы сообщить нам, сколько энергии уходит из магазина. Тип магазина зависит от нашей местной электростанции. Здесь мы сжигаем газ, так что это будет химический магазин.

Включите одновременно источник питания и счетчик энергии. Дайте грузу переместиться на расстояние 80 см, а затем одновременно выключите счетчик питания и электроэнергии.(Используйте ученика, чтобы помочь, потому что необходимы три руки, и масса немедленно начнет опускаться вниз.)

Учитель: Сколько энергии передается двигателю?

Лола: 21,7 джоуля.

Наверное, стоит на плате написать:

Энергия, отведенная из химического склада, составляет 21,7 джоулей

Учитель: Отлично, и вы тоже использовали правильный блок. Гравитационный накопитель заполняется по мере подъема груза. Как мы можем подсчитать, сколько энергии передается в магазин?

Билл: сила тяжести × пройденное расстояние по вертикали.

Учитель: Хорошо. Теперь мы можем рассчитать энергию, смещенную по мере того, как груз поднимается дальше от земли.

Предлагаем написать на доске (не забудьте единицы измерения, чтобы было понятнее):

Сдвинутая энергия = 0,4 кг × 9,8 ньютон килограмм -1 × 0,8 м

энергия 3,14 Дж

Учитель: Мы знаем, что энергия не создается и не уничтожается, так почему это изменение не то же самое, что и изменение из хранилища?

Джули: Энергия, должно быть, была перемещена в другие запасы: запасы, которые бесполезны.

Объясните, что энергия также переходит в тепловые накопители. Теперь рассчитайте КПД двигателя на плате, используя уравнение.

Четко записанный расчет может служить хорошей моделью, возможно, записанный на доске.

КПД = полезная энергия, сдвинутая на общий ввод энергии в систему × 100%.

Введите числа, чтобы получить 3,14 джоуля 21,7 джоуля × 100%, что может быть вычислено как КПД 14,5%.

Расчет с использованием мощности в траекториях

Измените показания счетчика энергии SEP на среднюю мощность.Среднюю мощность в электрическом тракте можно считать прямо со счетчика. Двигатель более или менее эффективно переключает эту мощность на механическую работу. Мощность в механическом пути может быть найдена как сила × скорость.

Если вся мощность электрического рабочего пути переключена на механическую работу, то эффективность составит 100%. Таким образом, эффективность также можно рассчитать с использованием значений мощности. После этой преамбулы мы предлагаем вам получить новый набор измерений для получения этих данных.

Учитель: Что нам нужно знать, если мы хотим найти среднюю мощность механического рабочего пути при подъеме груза?

Дэвид: Сила, необходимая для подъема груза, и скорость груза.

Поднимите груз, как и раньше, записывая среднюю мощность, передаваемую на двигатель, по показаниям счетчика SEP и время, необходимое для подъема груза.

Вот несколько примеров значений, показывающих аргументы, которым вы можете следовать.

Средняя потребляемая мощность двигателя — 4.34 Вт

Мощность, необходимая для подъема груза (выходная мощность), составляет 0,4 кг × 9,8 ньютон, обратный килограмм × 0,8 метра5 секунд, что составляет 3,92 Н × 0,16 м с -1 , и, следовательно, выходная мощность составляет 0,63 Вт.

Теперь о некоторых показателях эффективности:

КПД = мощность в механическом пути мощность в электрическом пути × 100 & percnt;

Подставив значения, вы получите: 0,63 Вт 4,34 Вт × 100, что дает эффективность 14.5%

Это упражнение содержит только один подъем груза для расчета энергии и мощности для простоты объяснения. Его можно запускать несколько раз и использовать средние значения для расчета эффективности.

Некоторые возможности для расширения эксперимента:

  • Измените размер нагрузки, чтобы увидеть, влияет ли это на КПД двигателя.
  • Измените расстояния, перемещаемые нагрузкой, чтобы увидеть, влияет ли это на КПД двигателя.

Что это такое и что делать

Двигатели используются, когда необходимо что-то переместить, а эффективность двигателя определяет, насколько рентабельно это перемещение.Двигатели обычно производят некоторое вращательное движение, которое передается в конечный отсек, который использует это движение. Часть энергии, вырабатываемой двигателями, теряется в пути из-за таких факторов, как трение или потеря тепла; следовательно, КПД двигателя — это отношение фактически используемой энергии к энергии, вложенной в механическую систему. Понятно, что более эффективный двигатель может гарантировать более низкие эксплуатационные расходы, а это то, что ищет каждый пользователь двигателя.

Поскольку мы в Linquip стремимся предоставлять нашим клиентам самые простые способы поиска необходимого оборудования, мы не только создали платформу для того, чтобы вы могли найти здесь нужный вам двигатель, но и попытались объяснить это в этом посте. как вы могли бы принять более проницательное решение о том, какой двигатель может быть лучшим выбором для вашего приложения.

Немного терминологии

Прежде чем продолжить изучение эффективности двигателя и его оценки, давайте сначала рассмотрим важную терминологию:

Работа — это количество энергии, которое может быть использовано для перемещения массы на расстояние путем приложения некоторой силы.

Мощность — это количество работы, выполненной за единицу времени.

Мера того, какая часть входящей энергии в систему может быть преобразована в выходную энергию или работу.

Максимальная нагрузка, которую машина может доставить при достаточно высокой эффективности.

Максимальная нагрузка, которую может доставить машина.

Отношение реальной мощности к полной мощности в цепи.

Реальная мощность — это фактически используемая электрическая мощность, а полная мощность — это полная электрическая мощность, подаваемая в цепь.

Движущаяся часть электродвигателя, которая вращает вал для выработки механической энергии.

Стационарная часть двигателя, имеющая несколько обмоток или фиксированный магнит с сердечником из различных листов металла или ламината.

Расчет КПД двигателя

Общий КПД двигателя — это просто выходная мощность двигателя, деленная на мощность, подаваемую на него. Входная мощность, скорее всего, исходит от электросети, а выходная мощность — это то, что используется для выполнения некоторых механических работ. Таким образом, мы имеем:

Двигатель \ efficiency = \ eta \ = \ frac {Motor \ output \ power} {Motor \ input \ power} \ times100
Теперь этот общий КПД двигателя, который также называется коммерческой эффективностью, может можно разложить на электрический и механический КПД:

Электрический \ КПД = \ eta_e = \ frac {\ Развитая \ механическая \ мощность \ в \ арматуре} {Двигатель \ вход \ мощность} \ times100

Механический \ КПД = \ eta_m = \ frac {Двигатель \ выход \ мощность \} {\ Развитая \ механическая \ мощность \ в \ арматуре} \ times100

Понятно, что КПД промышленного двигателя будет умножаться на его механический КПД и электрический КПД.

Электрический КПД обусловлен потерями, которые известны как потери меди (обозначены Cu в периодической таблице). Что остается после потерь Cu, так это «развиваемая мощность» якоря. Эта развитая мощность также будет претерпевать некоторые потери, известные как потери на трение и железо. Конечная мощность — это выходная или механическая мощность, передаваемая на валу двигателя, что позволяет нам теперь рассчитать механический КПД двигателя.

Теперь, когда вы хотите рассчитать КПД двигателя, вы, скорее всего, будете знать о номинальной выходной мощности вашего двигателя в л.с. (лошадиных силах), его нагрузке (текущая выходная мощность в процентах от его номинальной выходной мощности) и входной мощности в КВт.Следовательно, формула для КПД двигателя будет выглядеть так:

\ eta = \ frac {0,7457 \ \ times motor \ лошадиные силы \ \ left (hp \ right) \ times load} {Motor \ input \ power \ \ left (KW \ right)}

Число 0,7457 — это поправочный коэффициент для преобразования л.с. в кВт.

В дополнение к приведенной выше формуле существует еще один подход к вычислению КПД двигателя. Вместо нагрузки и ее входной мощности у вас могут быть другие измерения, такие как ток, напряжение, крутящий момент двигателя и частота вращения.С помощью этих параметров вы можете рассчитать КПД двигателя следующим образом:

P_ {in} = ток \ \ умноженное на напряжение = I \ \ раз В

P_ {out} = крутящий момент \ \ умноженное на вращение \ скорость = \ tau \ \ раз \ omega

\ omega = \ frac {2 \ pi} {60} \ \ times RPM

\ rightarrow \ eta = \ pi / 30 \ \ \ times (\ tau \ \ times \ RPM) / (I \ \ times V)

Итак, если у вас есть двигатель с КПД 80%, вы можете использовать только ту часть входной мощности, и 20% вашей входной энергии будет потеряно из-за рассеивания тепла, что очевидно по температуре подъем оборудования.

Теперь мы всегда слышим, что нам следует искать более эффективные системы. Хотя это правда, мы должны понимать тот факт, что «энергоэффективность» не обязательно соответствует «рентабельности». Чтобы уточнить это в отношении двигателей, вы можете использовать двигатель в местах, где время работы двигателя низкое или электричество не дорогое. Учитывая тот факт, что более эффективное оборудование, как правило, дороже, чем их менее эффективные аналоги, вы, возможно, не сможете найти компромисс между более высокой начальной стоимостью и своей экономией на эксплуатационных расходах в ближайшее время, что может представить вашу покупку как ошибку с финансовой точки зрения. Посмотреть.

Тем не менее, затраты на электроэнергию и время работы высоки для большинства приложений, что делает эффективные двигатели лучшим выбором как с технической, так и с финансовой точки зрения. Национальная ассоциация производителей электрооборудования (NEMA) представила протокол проектирования и маркировки трехфазных двигателей, которые имеют значительно более высокий КПД, чем однофазные двигатели, с распределением их по типам конструкции A, B, C и D. Почти 90% асинхронных двигателей, используемых на рынке для общих целей, относятся к типу конструкции B.Теперь давайте посмотрим на пример того, насколько эффективен стандартный двигатель конструкции B по сравнению с энергоэффективным в среднем.

Номинальная мощность Стандартный электродвигатель * Высокоэффективный электродвигатель *
1,0 75,5 82,6 1,58 2,0 80,5 83,8
3.0 81,2 87,7
5,0 82,8 88,6
7,5 83,8 89,8
10,0 91,3
20,0 87,8 91,9
25,0 88,3 92,8
30.0 89,1 92,7
40,0 89,6 93,3
50,0 90,5 93,8
60,0 60,0 94,4
100,0 91,8 94,7
125,0 92,4 95,3
150.0 92,9 95,5
200,0 94,0 95,4

Теперь представьте, что вы хотите принять решение о покупке двигателя. Возьмем, к примеру, двигатель мощностью 10 л.с. с КПД 85%. В следующей таблице показано, насколько быстрые более эффективные двигатели, несмотря на их более высокую стоимость, в конечном итоге компенсируют первоначальные затраты на покупку энергоэффективного двигателя.

0 долл. США $.50
Стандартный двигатель Высокоэффективный двигатель
A B

09
87,5 88,5 89,0
Требуемая электроэнергия (кВт) 8,78 8,52 8,43 8,38 8,43 8,38
Разница в первоначальной стоимости -0- $ 44 $ 72 $ 99
% Годовая стоимость жизни 28,00 долл. 31,50 долл. 34,88 долл. США
Разница в% годовых затрат за срок службы -0- 5,50 долл. США 9309 9309 долл. США в год Стоимость 2,107 долларов 2,045 долларов 2,023 долларов 2,011 долларов
Разница в затратах на электроэнергию -0- — 62 доллара.00 — 84,00 долл. — 96,00 долл.
Общая годовая стоимость 2130 долл. 0,71 0,86 1,03

T Эти две таблицы были заимствованы из публикации NEMA MG-1.

КПД двигателя и его классы

Существует два разных способа классификации двигателей на основе их КПД. Одним из методов такой классификации является классификация EFF. EFF, который состоит из трех различных классов EFF1, EFF2 и EFF3, используется в Европе и некоторых других странах по всему миру. Другой метод классификации — это международная эффективность (IE), введенная Международной электротехнической комиссией (IEC) и принятая на международном уровне.

Высокая эффективность IE2
Класс Тип IE EFF
Эффективность ниже стандартной EFF3
EFF1
Premium Efficiency IE3
Super Premium Efficiency IE4
Ultra-Premium эффективность IE5 * в стадии подготовки к следующей редакции IEC 60034-30-1, которая намеревается снизить потери на 20% по сравнению с IE4.

Эта классификация предназначена для одно- и трехфазных электродвигателей с 2, 4, 6 и 8 полюсами с номинальными выходными диапазонами от 0,12 кВт до 1 МВт, номинальным напряжением до 1 кВ, частотой от 50 Гц до 60 Гц.

Поддержание рабочих характеристик двигателя и повышение эффективности двигателя

Каждая система имеет потери, из-за которых производительность меньше, чем на входе. Вот почему мы имеем дело с эффективностью системы, одной из которых является КПД двигателя.Существуют различные причины таких потерь в двигателях, такие как трение, рассеяние магнитной энергии в электродвигателях, потери сопротивления и т. Д. Очевидно, что снижение потерь в двигателе повысит его эффективность.

Следует иметь в виду, что ваш двигатель постоянно контролируется. Это также означает, что нужно вести учет возраста вашего двигателя (ей), предоставленной выходной мощности, а также номинальных характеристик двигателя (ей), которые можно использовать для расчета эффективности двигателя с течением времени. Кроме того, вам необходимо следить за дисбалансом напряжений, дисбалансом токов и коэффициентом мощности (PF).Понятно, что вы хотите, чтобы коэффициент мощности был близок к 100%.

Некоторые из методов, которые можно использовать для повышения эффективности двигателя, включают следующие:

  1. Статоры двигателя являются основными причинами потерь двигателя. Сообщается, что они могут составлять примерно 30% или даже более процентов от всех потерь двигателя. Чтобы снизить соответствующие потери электрического сопротивления, необходимо поддерживать массу обмотки статора на больших значениях.
  2. Другой очень важной причиной потерь двигателя является магнитный гистерезис, который можно уменьшить, используя материалы более высокого качества, такие как кремнийсодержащие стали, которые могут устранить магнитные потери сердечника.Увеличение длины ламинации при уменьшении ее толщины также может снизить плотность магнитного потока и, следовательно, потери в сердечнике.
  3. Существует явление, называемое скольжением, которое является мерой разницы между числом оборотов магнитного поля и фактическим числом оборотов ротора и вала при данной нагрузке. Нужно снизить скольжение, а значит, увеличить проводимость ротора. Это можно сделать, используя для ротора материал с высокой проводимостью, например медь корпуса матрицы.
  4. Необходимо убедиться, что производительность системы охлаждения не снижена.Для этого вы можете периодически очищать двигатель и проверять, нет ли воздушных препятствий, попадающих на его раму и соответствующие отсеки. Говоря о корпусе двигателя, он должен быть в хорошем состоянии, чтобы не только удерживать двигатель на своем месте, но и гарантировать надлежащую теплопередачу изнутри на внешнюю поверхность, где он охлаждается воздухом.
  5. Потери из-за вихревых токов будут уменьшены за счет использования лучшей изоляции между ламинатом или листами.
  6. Смазка двигателя — еще один важный фактор для обеспечения эффективной работы двигателя. Убедитесь, что не используете разные типы смазки одновременно, и следите за интервалами смазки в зависимости от установленной номинальной скорости двигателя, размера подшипника, типа смазки и повышения температуры.

Q&A

Что такое КПД двигателя?

Мера доли энергии, потребляемой двигателем, которая будет фактически превращена в выходную работу.

Почему так важен КПД двигателя?

Для снижения затрат на эксплуатацию и обслуживание системы. Чтобы узнать больше об этом, посмотрите здесь.

Каков допустимый диапазон скорости двигателя?

Двигатели обычно рассчитаны на работу с частотой вращения от 50% до 100% от номинальной.

На какой скорости двигатель будет работать с максимальной эффективностью?

Максимальный КПД двигателя обычно составляет от 75% до 80% от номинальной скорости.

Есть ли разница между коэффициентом мощности и КПД?

Да! Эффективность — это просто отношение выходной мощности к входной мощности двигателя, а коэффициент мощности — это количество электроэнергии, используемой им, к количеству, передаваемому ему.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.